CZ147997A3

CZ147997A3 - Process and apparatus for biological removal of nitrogen compounds from water

Info

Publication number: CZ147997A3
Application number: CZ971479A
Authority: CZ
Inventors: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle
Original assignee: Svatopluk Ing. Csc. Mackrle; Vladimír Dr. Ing. Csc. Mackrle
Priority date: 1997-05-14
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1999-04-14
Also published as: EP0981500A1; SK151299A3; PL336931A1; WO1998051626A1; AU7028098A; CA2288642A1

Abstract

Method of removing nitrogen and its compounds from water using biological process in activated sludge suspension. The nitrogen in the form of nitrates and nitrites is removed by means of a denitrification proceeding in a fluidized layer of sludge blanket, the layer being formed by a suspension of biological sludge and being kept in a fluidized condition. Apparatus for performing the method comprises an upwards widening denitrification zone (5), into the lower part of which an admission for the water containing nitrates, an admission for the activated sludge and an admission for the substrate, which has been biologically oxidized during the denitrification, mouth.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu odstraňování dusíku a jeho sloučenin z vody biologickým procesem v suspenzi aktivovaného kalu a zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a process for removing nitrogen and its compounds from water by a biological process in an activated sludge suspension and to an apparatus for carrying out the process.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při biologickém odstraňování sloučenin dusíku z vody se pro odstraňování dusičnanů a dusitanů používá proces denitrifikace. Dusičnany a dusitany slouží při denitrifikaci jako zdroj kyslíku pro mikroorganismy a jsou jejich metabolizmem redukovány až na plynný dusík. Mikroorganismy při tom současně spotřebovávají vhodný biodegradovatelný substrát, který získaným kyslíkem oxidují. Jako substrát pro denitrifikaci mohou dočasně sloužit i samy mikroorganismy v procesu tzv. endogenní respirace, je-li například přísun biodegradovatelného substrátu nepravidelný.In the biological removal of nitrogen compounds from water, a denitrification process is used to remove nitrates and nitrites. Nitrates and nitrites serve as a source of oxygen for microorganisms during denitrification and are reduced to nitrogen gas by their metabolism. At the same time, the microorganisms consume a suitable biodegradable substrate which is oxidized by the oxygen obtained. As a substrate for denitrification, microorganisms themselves may temporarily serve in the process of so-called endogenous respiration, for example if the supply of biodegradable substrate is irregular.

Aby probíhala denitrifikace, jsou nezbytné anoxidní podmínky, to znamená, že v prostředí musí být nedostatek molekulárního kyslíku. Pokud je v prostředí k dispozici molekulární kyslík, orientují se mikroorganismy na jeho spotřebu a na denitrifikaci přecházejí až po vyčerpání kyslíku. Anoxidních podmínek se proto obvykle dosahuje tím způsobem, že při dostatečné koncentraci mikroorganismů se zamezí přívodu kyslíku a mikroorganismy spotřebováním přítomného kyslíku samy vytvoří anoxidní podmínky.In order for denitrification to take place, anoxic conditions are necessary, i.e. there must be a lack of molecular oxygen in the environment. If molecular oxygen is available in the environment, the microorganisms focus on its consumption, and they only move on to denitrification when oxygen is depleted. Therefore, anoxide conditions are generally achieved in such a way that, at a sufficient concentration of microorganisms, oxygen is prevented and the microorganisms themselves create anoxide conditions by consuming the oxygen present.

Obecně mohou být biologické procesy provozovány buďto s mikroorganismy přichycenými k pevnému podkladu, nebo s mikroorganismy, ‘ ijdd ¹které jsou v suspenzi aktivovaného kalu („attached - growth process^/aoiNisviA ' „suspended - growth process“ - viz Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering,^AQ_V ^S^^0ad j McGraw-Hill, New York, 1985). Z řady praktických důvodů jsou častěji používány ~ procesy s mikroorganismy v suspenzi aktivovaného kalu. .? IIn general, the biological processes operate either with microorganisms attached to said solid support, or with the microorganisms 'ijdd ¹ which are in an activated sludge suspension ( "attached - growth process ^ / aoiNisviA"' suspended - growth process "- see Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering, ^and _Q j ^S ^ ^0ad McGraw-Hill, New York, 1985). For a number of practical reasons, processes with microorganisms in activated sludge suspension are more frequently used. .? AND

Při denitrifikačním procesu v suspenzi aktivovaného kalu je suspenz^gg | unášena spolu s vyčištěnou vodou, od které musí být separována a vrácena zpět | do denitrifikačního procesu. Separaci suspenze při tom komplikují bijbfřnŘy^ 9 C 0 vyloučeného dusíku, které na ní ulpívají. Odstranění těchto bublinek se provádí-r-o I aIn the denitrification process in the activated sludge suspension, the suspension is ggg carried along with purified water, from which it must be separated and returned into the denitrification process. Separation of the suspension is complicated by the bifurcation of the precipitated nitrogen which adheres to it. Removal of these bubbles is carried out

intenzívním mechanickým pohybem suspenze, který je u známých postupů zpravidla prováděn aerací.by intense mechanical movement of the suspension, which is generally carried out by aeration in known processes.

Při čištění odpadních vod slouží aerace většinou současně k aerobnímu aktivačnímu čištění vody a k vytvoření podmínek pro nitrifikaci amoniaku a organického dusíku, tj. k převedení veškerého zbývajícího dusíkatého znečištění na dusičnany. Voda s těmito dusičnany a s aktivovaným kalem je pak vracena do procesu denitrifikace, kde jsou tyto dusičnany odstraněny. Spřažením denitrifikace a nitrifikace dochází tedy k biologickému odstraňování všech sloučenin dusíku z vody. Do denitrifikace je také obvykle vracen aktivovaný kal, oddělený od odtékající vyčištěné vody.In waste water treatment, aeration is usually used simultaneously for aerobic activation water purification and to create conditions for nitrification of ammonia and organic nitrogen, ie to convert all remaining nitrogen contamination to nitrates. The water with these nitrates and activated sludge is then returned to the denitrification process where these nitrates are removed. Thus, by coupling denitrification and nitrification, all nitrogen compounds are biologically removed from the water. Activated sludge, separated from the effluent, is also usually returned to the denitrification.

Uvedená denitrifikace má však řadu nevýhod. Při biologických procesech v suspenzi aktivovaného kalu je nutné, aby suspenze byla ve vznosu. Při aerobní aktivaci je vznos suspenze zajištěn samočinně v důsledku provzdušňování. Při denitrifikaci se vznos suspenze zajišťuje obvykle mechanickým promícháváním. Nevýhodou při tom je, že při mechanickém promíchávání je zapotřebí míchadlo a zdroj pohybu - např. elektromotor s převody. Tyto mechanické části zvyšují investiční náklady a při případné poruše je v důsledku jejich uložení v prostoru denitrifikace komplikována oprava. Další nevýhodou při popsané denitrifikaci je omezení koncentrace aktivovaného kalu v denitrifikaci pouze na hodnoty dané míšením jednotlivých složek vstupujících do denitrifikace, což omezuje rychlost denitrifikace vztaženou na jednotku objemu denitrífikačního prostoru.However, this denitrification has a number of disadvantages. In biological processes in the activated sludge suspension, the suspension must be suspended. During aerobic activation, suspension suspension is ensured by aeration. In denitrification, the suspension is usually provided by mechanical agitation. The disadvantage here is that a mechanical stirrer requires a stirrer and a source of motion - eg an electric motor with gears. These mechanical parts increase investment costs and in the event of a failure, due to their storage in the denitrification area, repair is complicated. Another disadvantage of the described denitrification is the limitation of the concentration of activated sludge in the denitrification to only the values given by mixing the individual components entering the denitrification, which limits the rate of denitrification per unit volume of denitrification space.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob podle vynálezu, jehož podstata spočívá vtom, že dusík ve formě dusičnanů nebo dusitanů se odstraňuje denitrifikací, která probíhá ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, tvořené suspenzí biologického kalu a udržované ve fluidizovaném stavu.These disadvantages are overcome by the process according to the invention, characterized in that nitrogen in the form of nitrates or nitrites is removed by denitrification, which takes place in a fluidized layer of a flocculent cloud formed by a slurry of biological sludge and maintained in a fluidized state.

Suspenze aktivovaného biologického kalu se přivádí do oblasti denitrifikace prouděním zdola nahoru, přičemž rychlost proudění ve směru zdola nahoru se alespoň ve spodní části oblasti denitrifikace zpomaluje.The activated biological sludge suspension is fed to the denitrification region by a bottom-up flow, wherein the down-flow velocity slows down at least in the lower part of the denitrification region.

Pro provádění způsobu podle vynálezu je významné, že z horní části oblasti denitrifikace se odvádí ve formě suspenze přebytečný aktivovaný kal, který :ι se následně podrobuje aeraci, separuje se od vody a vrací se do spodní části oblasti denitrifikace.It is important to carry out the process according to the invention that excess activated sludge is removed from the upper part of the denitrification region in the form of a suspension, which is subsequently subjected to aeration, separated from water and returned to the lower part of the denitrification region.

Je také podstatné, že dusík ve formě dusičnanů a dusitanů se odstraňuje denitrifikací, která probíhá ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, tvořené suspenzí biologického kalu a udržované ve fluidizovaném stavu prouděním zdola nahoru, přičemž alespoň ve spodní části fluidizované vrstvy rychlost proudění ve směru vzhůru klesá, a do spodní části fluidizované vrstvy se přivádí voda obsahující dusičnany, aktivovaný kal a substrát, který se při denitrifikaci biologicky oxiduje.It is also essential that nitrogen in the form of nitrates and nitrites is removed by denitrification, which takes place in a fluidized bed of a flocculent cloud formed by a slurry of biological sludge and maintained in fluidized state by flowing from the bottom upwards. and nitrate-containing water, activated sludge, and a substrate that is biologically oxidized upon denitrification are fed to the bottom of the fluidized bed.

Pro dokonalejší odstranění dusíku z čištěné vody je přínosem, že dusík ve formě dusičnanů a dusitanů se odstraňuje denitrifikací, která probíhá ve fluidizované vrstvě vločkového mraku, tvořené suspenzí biologického kalu a udržované ve fluidizovaném stavu prouděním zdola nahoru, přičemž alespoň ve spodní části fluidizované vrstvy rychlost proudění ve směru vzhůru klesá, a do spodní části fluidizované vrstvy se přivádí voda obsahující dusičnany a dusitany, aktivovaný kal a substrát, který se při denitrifikaci biologicky oxiduje.For better removal of nitrogen from the purified water, it is beneficial that nitrogen in the form of nitrates and nitrites is removed by denitrification, which takes place in a fluidized layer of flocculent cloud formed by a slurry of biological sludge and maintained in a fluidized state by bottom flow up at least the upward flow decreases, and water containing nitrates and nitrites, activated sludge and a substrate which is biologically oxidized during denitrification are fed to the bottom of the fluidized bed.

Pro uzavření cyklu odstraňování dusíku z čištěné vody je přínosem, že během aerace se dusík ve formě amoniaku a organického dusíku biologicky oxiduje na dusičnany a voda s těmito dusičnany se spolu s aktivovaným kalem vrací do procesu denitrifikace.To complete the nitrogen removal cycle from purified water, it is beneficial that during aeration, nitrogen in the form of ammonia and organic nitrogen is biologically oxidized to nitrates and the water with these nitrates, together with the activated sludge, returns to the denitrification process.

Podstata zařízení pro provádění způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že během aerace se dusík ve formě amoniaku a organického dusíku biologicky oxiduje na dusičnany a voda s těmito dusičnany se spolu s aktivovaným kalem vrací do procesu denitrifikace.The principle of the apparatus according to the invention is that during aeration, nitrogen in the form of ammonia and organic nitrogen is biologically oxidized to nitrates and the water with these nitrates, together with the activated sludge, returns to the denitrification process.

Pro spolehlivost provedení způsobu je významné, že denitrifikační prostor (5) je ve své vrchní části je propojen s aktivačním prostorem (8), který obsahuje aerační prvky (20) a je propojen se separačním prostorem (7), v jehož vrchní části je uspořádán odvod (10) denitrifikované vody, přičemž je k separačnímu prostoru (7) přiřazen odtah separovaného kalu, opatřený zdrojem nuceného pohybu a vyústěný do spodní části denitrifikačního prostoru.For the reliability of the method, it is important that the denitrification space (5) in its upper part is connected to the activation space (8), which contains aeration elements (20) and is connected to the separation space (7), the upper part of which is arranged a drain (10) of denitrified water, the separation space (7) being associated with an outlet of separated sludge, provided with a source of forced movement and opening into the lower part of the denitrification space.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Zařízení podle vynálezu k čištění domovních splaškových vod je znázorněno na výkresech, kde značí obr.1 zařízení v příčném řezu a obr.2 zařízení v půdoryse.The device according to the invention for the treatment of domestic sewage is shown in the drawings, in which FIG. 1 shows a cross-sectional view of the device and FIG.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zařízení je tvořeno vertikální válcovou nádrží s pláštěm 1_ a dnem 2, ve které je svislou dělicí stěnou 3, první polokuželovitou stěnou 4 a částí 2' dna 2 mezi dolními okrají dělicí stěny 3 a první polokuželovité stěny 4 vytvořen směrem vzhůru se rozšiřující denitrifikační prostor 5. Na druhé straně válcové nádrže je svislou dělicí stěnou 3 a druhou polokuželovitou stěnou 6 vytvořen separační prostor 7. Mezi pláštěm 1 a oběma polokuželovitými stěnami 4_a 6 je vymezen aktivační prostor 8. Ve vrchní části separačního prostoru 7 je uspořádán odběrní vtok 9 vyčištěné vody s odtokem 10. Hladina 11. vody je určena polohou odběrního vtoku 9 vyčištěné vody. Ve vrchní části první polokuželovité stěny 4_ je provedeno propojení 12 mezi denitrifikačním prostorem 5 a aktivačním prostorem 8. Toto propojení 12 je vytvořeno dvěma kruhovými otvory, jejichž horní okraje jsou nad hladinou 11 vody a spodní okraje pod ní. Propojení 12 však může být vytvořeno i jinými prostředky, například vybráními v horním okraji první polokuželovité stěny 4 nebo jiným provedením přepadu snížením horního okraje této první polokuželovité stěny 4. Ve spodní části druhé polokuželovité stěny 6 je proveden otvor 1_3, který vytváří propojení mezi separačním prostorem 7 a aktivačním prostorem 8. V denitrifikačním prostoru 5 je u svislé dělicí stěny 3 svislé polokruhové potrubí 14, které vytváří společný přívod biodegradovatelného substrátu, aktivovaného kalu a dusičnanů do spodní části denitrifikačního prostoru 5. Ve vrchní části polokruhového potrubí 14 je umístěn koš 15, nad kterým je přívod 16 splaškové vody. Ve spodní části separačního prostoru 7, naproti otvoru 13, je v dělicí stěně 3 provedeno ústí 17 odtahu separované suspenze, které je vyvedeno do mamutky 18. Mamutka 18 je v podstatě vložena do polokruhového potrubí 14 a je vyvedena pod koš 15 (obr.1). Ve spodní části mamutky 18 je přívod 19 stlačeného vzduchu. Ve spodní části aktivačního prostoru 8 jsou u dna 2 umístěny aerační prvky 20. Ve spodní části denitrifikačního prostoru 5 u části 2' dna 2 je umístěn hrubobublinný pomocný aerační prvek 21.The device consists of a vertical cylindrical tank with a jacket 7 and a bottom 2 in which the vertical partition wall 3, the first semi-conical wall 4 and the bottom part 2 'between the lower edges of the partition wall 3 and the first semi-conical wall 4 are formed upwardly extending denitrification space 5 On the other side of the cylindrical tank, a separation space 7 is formed by a vertical dividing wall 3 and a second semi-conical wall 6. Between the shell 1 and the two semi-conical walls 4 and 6 an activation space 8 is defined. The water level 11 is determined by the position of the inlet 9 of the purified water. At the top of the first semi-conical wall 4, a connection 12 is made between the denitrification space 5 and the activation space 8. This connection 12 is formed by two circular openings whose upper edges are above the water level 11 and the lower edges below it. However, the connection 12 may also be formed by other means, for example by recessing at the upper edge of the first hemispherical wall 4 or by otherwise performing an overflow by lowering the upper edge of the first hemispherical wall 4. An opening 13 is formed at the bottom of the second hemispherical wall 6. 7 and activation space 8. In the denitrification space 5 there is a vertical semicircular line 14 at the vertical partition wall 3, which forms a common supply of biodegradable substrate, activated sludge and nitrates to the lower part of the denitrification space 5. over which there is a sewage water supply 16. In the lower part of the separation space 7, opposite the opening 13, in the partition wall 3 there is a discharge opening 17 of the separated suspension, which is led into the mammoth 18. The mammoth 18 is essentially inserted into the semicircular pipe 14 and led under the basket 15 (FIG. ). At the bottom of the mammoth 18 is a compressed air supply 19. In the lower part of the activation space 8, aeration elements 20 are located at the bottom 2.

swith

Způsob podle vynálezu a funkce popsaného zařízení jsou popsány v následující části.The method of the invention and the operation of the described apparatus are described in the following.

Splašková voda, která obsahuje sloučeniny dusíku, například močovinu, amoniak, dusík v organických látkách, a různé další biodegradovatelné látky, které budou nadále označovány vcelku jako substrát, přitéká přívodem 16 splaškové vody do koše 15. V koši 15 jsou zadrženy větší kusy, například papír. Vzduchem, který přichází z mamutky 18 pod koš 15, jsou tyto kusy neustále nadnášeny, což zabraňuje ucpání koše 15. Pokud jsou tyto kusy biodegradovatelné, dojde pod vlivem vzduchu a aktivovaného kalu přiváděného mamutkou 18 k jejich postupné biodegradaci a tím k jejich likvidaci. Nebiodegradovatelné kusy, například polyetylénové sáčky a podobně, zůstávají v koši 15 a při periodické revizi zařízení jsou z něj odstraněny.Sewage, which contains nitrogen compounds, such as urea, ammonia, nitrogen in organic matter, and various other biodegradable substances, hereinafter referred to as the substrate as a whole, flows through the inlet 16 of the sewage into the basket 15. Larger pieces are retained in the basket 15, e.g. paper. Through the air coming from the mammoth 18 under the basket 15, these pieces are constantly floated, which prevents the basket 15 from clogging. If these pieces are biodegradable, they will gradually biodegradate under the influence of air and activated sludge supplied by the mammoth 18. Non-biodegradable pieces, such as polyethylene bags and the like, remain in the basket 15 and are removed therefrom when periodically inspected.

Splašková voda, tedy voda s biodegradovatelným substrátem, je po průtoku košem 15 smísena s vodou, která obsahuje dusičnany a vracený aktivovaný kal a která je přiváděna mamutkou 18 pod koš 15. Směs vody s biodegradovatelným substrátem, dusičnany a aktivovaným kalem je přiváděna polokruhovým potrubím 14 do spodní části denitrifikačního prostoru 5, kde se směr jejího proudu mění tak, že v denitrifikačním prostoru 5 proudí tato směs vzhůru. Protože se denitrifikační prostor 5 směrem vzhůru rozšiřuje, rychlost proudění se v něm směrem vzhůru snižuje. To vede k tomu, že suspenze aktivovaného kalu se v denitrifikačním prostoru 5 vlivem gravitačních sil zadržuje a vytváří tam fluidizovanou vrstvu vločkového mraku, přes kterou protéká voda s dusičnany a biodegradovatelným substrátem. Kyslík přítomný ve vodě je mikroorganismy rychle spotřebován již ve spodní části denitrifikačního prostoru, čímž dochází k vytvoření anoxidních podmínek v celém denitrifikačním prostoru 5 nebo alespoň v jeho převážné části. V důsledku anoxidních podmínek pak dochází v denitrifikačním prostoru 5 k denitrifikaci, při které jsou ve vodě přítomné dusičnany redukovány na plynný dusík. Přitom je spotřebována část biodegradovatelného substrátu. Další část substrátu je zachycena aktivovaným kalem a spotřebovávána později v období, kdy nedochází k přísunu substrátu zvenčí. Voda, zbavená dusičnanů a většiny biodegradovatelného substrátu, přetéká propojením 12 z denitrifikačního prostoru 5 do aktivačního prostoru 8. Částice suspenze aktivovaného kalu, na kterých ulpěly bublinky vyloučeného dusíku, jsou v denitrifikačním prostoru 5 v důsledku nadlehčování těmitoSewage, i.e. water with a biodegradable substrate, is mixed with water containing nitrates and returned activated sludge after flowing through the basket 15 and which is fed by a mammoth 18 below the basket 15. A mixture of water with biodegradable substrate, nitrates and activated sludge is fed through a semicircular pipe 14 into the lower part of the denitrification chamber 5, where the direction of its current changes so that the mixture flows upwards in the denitrification chamber 5. As the denitrification space 5 widens upwards, the flow velocity therein decreases upwards. This results in the activated sludge slurry retaining in the denitrification chamber 5 under the influence of gravitational forces, forming a fluidized layer of a flocculent cloud through which nitrate water and a biodegradable substrate flow. The oxygen present in the water is rapidly consumed by the microorganisms already in the lower part of the denitrification space, thereby creating anoxic conditions in the entire denitrification space 5 or at least in the vast majority thereof. Due to the anoxide conditions, denitrification takes place in the denitrification chamber 5, during which the nitrates present in the water are reduced to nitrogen gas. A portion of the biodegradable substrate is consumed. Another part of the substrate is captured by activated sludge and consumed later in the period when the substrate is not supplied from outside. The nitrate-free water and most of the biodegradable substrate overflow by interconnecting 12 from the denitrification space 5 to the activation space 8. The activated sludge suspension particles adhering to the nitrogen exudate bubbles are in the denitrification space 5 due to the elevation of these

4i bublinkami vynášeny z fluidizované vrstvy vločkového mraku vzhůru a proudící vodou jsou přes propojení 12 strhávány do aktivačního prostoru 8. Protože činností mamutky 18 je do spodní části denitrifikačního prostoru 5 přiváděn polokruhovým potrubím 14 neustále další aktivovaný kal, dojde po naplnění celého denitrifikačního prostoru 5 fluidizovanou vrstvou vločkového mraku k tomu, že přebytek aktivovaného kalu rovněž přepadá přes propojení 12 do aktivačního prostoru 8. Do aeračních prvků 20 je přiváděn stlačený vzduch, který probublává aktivačním prostorem 8 vzhůru a vytváří turbulenci, která odstraňuje z částic suspenze aktivovaného kalu ulpělé bublinky dusíku. Současně je při tom voda v aktivačním prostoru 8 sycena kyslíkem a vytváří se proudění, které udržuje suspenzi aktivovaného kalu ve vznosu a rozmíchává ji rovnoměrně do celého objemu aktivačního prostoru 8. Rovněž voda, která přešla z denitrifikačního prostoru 5 přes propojení 12 do aktivačního prostoru 8, je v něm postupně rozmíchána. Rozmíchaný aktivovaný kal za přítomnosti kyslíku oxiduje veškeré přítomné sloučeniny dusíku na dusičnany, a tím se odstraňuje z vody zbytek rozpuštěných biodegradovatelných látek. Současně přitom dochází k aerobní stabilizaci aktivovaného kalu.4i are blown up from the fluidized layer of the flake cloud and flowing through the water 12 through the interconnection 12 into the activation space 8. Since the action of the mammoth 18 continuously feeds the activated sludge into the lower part of the denitrification space 5. In the aeration elements 20, compressed air is supplied, which bubbles up through the activation space 8 and creates turbulence that removes the adhered nitrogen bubbles from the activated sludge suspension particles. At the same time, the water in the activation space 8 is saturated with oxygen and a flow is created which keeps the activated sludge suspension floating and mixes it evenly throughout the volume of the activation space 8. Also the water which has passed from the denitrification space 5 via the connection 12 to the activation space 8 is gradually stirred up in it. The stirred activated sludge in the presence of oxygen oxidizes all the present nitrogen compounds to nitrates, thereby removing the remainder of the dissolved biodegradable substances from the water. At the same time, the activated sludge is aerobically stabilized.

Do mamutky 18 je přívodem 19 vháněn stlačený vzduch, který prochází mamutkou 18 vzhůru a vytváří tím známý mamutkový čerpací efekt. V důsledku toho je ústím 17 přes otvor 13 nasávána z přilehlé části aktivačního prostoru 8 aktivační směs, tvořená vodou s obsahem dusičnanů a rozmíchaným aktivovaným kalem, a je přiváděna pod koš 15 a přes polokruhové potrubí 14 do spodní části denitrifikačního prostoru 5, jak bylo již popsáno výše. Mamutka 18 slouží tedy jako zdroj nuceného pohybu, kterým je vytvořen uzavřený cirkulační okruh, kterým jsou dusičnany vytvořené v aktivačním prostoru 8 vraceny zpět do denitrifikačního prostoru 5.Compressed air is blown into the mammoth 18 through the inlet 19, which passes through the mammoth 18, creating a known mammoth pumping effect. As a result, through the orifice 17, an activation mixture consisting of nitrate-containing water and stirred activated sludge is sucked through the opening 13 from the adjacent part of the activation space 8 and is fed under the basket 15 and via semicircular piping 14 to the lower part of the denitrification space 5. described above. The mammoth 18 thus serves as a source of forced movement, by means of which a closed circulation circuit is formed, by which the nitrates formed in the activation space 8 are returned to the denitrification space 5.

Splašková voda přitéká přívodem 16 nárazově a nepravidelně. V období, kdy splašková voda nepřitéká, jsou popsaným cirkulačním okruhem dusičnany z aktivačního prostoru 8 přiváděny do denitrifikačního prostoru 5, kde jsou denitrifikací odstraňovány. Jako biodegradovateíný substrát pro denitrifikaci při tom slouží především substrát dříve zachycený v aktivovaném kalu ve fluidizované vrstvě vločkového mraku v denitrifikačním prostoru 5. V případě vyčerpání zachyceného substrátu pak další denitrifikace probíhá na účet endogenní rSewage flows through the inlet 16 in a random and irregular manner. In the period when the sewage does not flow, nitrates from the activation space 8 are introduced into the denitrification space 5, where they are removed by denitrification, by the described circulation circuit. As a biodegradable substrate for denitrification, the substrate previously trapped in the activated sludge in the fluidized bed of the flocculent cloud in denitrification space 5 serves in particular. In the event that the trapped substrate is exhausted, further denitrification takes place at the expense of endogenous

respirace aktivovaného kalu. Těmito pochody je koncentrace dusičnanů v aktivačním prostoru 8 neustále snižována až na velmi nízkou hodnotu.activated sludge respiration. By these processes, the nitrate concentration in the activation space 8 is constantly reduced to a very low value.

Když nárazově přiteče přívodem 16 určitý objem splaškové vody, vytlačí tato voda stejný objem vody z denitrifikačního prostoru 5 propojením 12 do přilehlé části aktivačního prostoru. Tato voda pak přetlačí otvorem 13 z přilehlé části aktivačního prostoru 8 stejný objem aktivační směsi do spodní části separačního prostoru 7. Takto převedená aktivační směs pak vytlačí čistou vodu z vrchní části separačního prostoru 7 do odběrního vtoku 9 vyčištěné vody, odkud tato voda odteče odtokem 10. Aktivovaný kal v přetlačené aktivační směsi vytvoří během přetláčení v separačním prostoru 7 fluidní vrstvu vločkového mraku a separuje se od vody.When a certain amount of sewage water flows through the inlet 16, it expels the same volume of water from the denitrification chamber 5 by interconnecting 12 into an adjacent part of the activation chamber. This water then pushes through the opening 13 from the adjacent part of the activation space 8 the same volume of the activation mixture into the lower part of the separation space 7. The thus activated activation mixture then pushes clean water from the upper part of the separation space 7 into the inlet 9 of purified water. The activated sludge in the pressurized activation mixture during the pressurization in the separation space 7 forms a fluidized layer of a flake cloud and separates from the water.

Trvá-li přítok splaškové vody přívodem 16 delší dobu, dochází k průtoku aktivační směsi přes vytvořenou fluidní vrstvu vločkového mraku a k zachytávání a nabalování suspenze aktivovaného kalu na vločky ve vločkovém mraku. Vytvořené velké vločky pak klesají v separačním prostoru 7 dolů a jsou odsávány ústím 17 přes mamutku 18 do polokruhového potrubí 14, kterým se dostávají do spodní části denitrifikačního prostoru 5. Takto se separovaný kal vrací do denitrifikačního prostoru 5. Po popsané separaci aktivovaného kalu pak vyčištěná voda odtéká ze separačního prostoru 7 odběrním vtokem 9 vyčištěné vody do odtoku 10.If the inflow of the sewage through the inlet 16 takes a longer time, the activation mixture flows through the formed fluidized bed of the flake cloud and the activated sludge slurry is collected and rolled into the flake cloud. The formed large flakes then sink down in the separation space 7 and are sucked through the orifice 17 through the mammoth 18 into the semicircular duct 14 through which they reach the bottom of the denitrification space 5. The separated sludge is returned to the denitrification space 5. the water flows from the separation space 7 through the inlet 9 of purified water to the outlet 10.

Po zastavení přítoku splaškové vody přívodem 16 se zastaví i odvádění vyčištěné vody odtokem 10. Fluidizovaná vrstva v separačním prostoru 7 pak klesá dolů a její vločky jsou odsávány ústím 17 spolu s aktivační směsí odsávánou přes otvor 13 z aktivačního prostoru 8. Postupně je tak spolu s odsávanou aktivační směsí odsát i veškerý aktivovaný kal, separovaný od vody z aktivační směsi přetlačené do separačního prostoru 7. V separačním prostoru 7 nad otvorem 13 tak zůstane pouze vyčištěná voda, která je pak při dalším nárazovém přítoku splaškové vody přívodem 16 vytlačena přes odběrní vtok 9 vyčištěné vody do odtoku 1_0, jak bylo popsáno výše. Vyčištěná voda, která zůstává v separačním prostoru 7, je tedy vodou z aktivační směsi v části aktivačního prostoru 8 přilehlé k otvoru 13, která před tím prošla denitrifikačním prostorem 5 a aktivačním prostorem 8 a jsou z ní tak odstraněny biodegradovatelné látky a sloučeniny dusíku.When the sewage inlet is stopped by the inlet 16, the treated water is also discharged through the outlet 10. The fluidized layer in the separation space 7 then drops down and its flakes are sucked out through the mouth 17 together with the activation mixture sucked through the opening 13 from the activation space 8. In the separation space 7 above the opening 13, only purified water remains, which is then pushed through the inlet 9 at the next inlet of the sewage water through the inlet 16. purified water to drain 10 as described above. Thus, the purified water remaining in the separation space 7 is water from the activation mixture in the part of the activation space 8 adjacent to the opening 13, which has previously passed through the denitrification space 5 and the activation space 8, thereby removing biodegradable substances and nitrogen compounds.

ηη

Popsanou činností příkladného provedení zařízení je tedy splašková voda přitékající do zařízení přívodem 16 vyčištěna od biodegradovatelných látek a sloučenin dusíku a odtéká z něj jako vyčištěná voda odtokem 10.Thus, by the described operation of the exemplary embodiment of the device, the sewage entering the device through the inlet 16 is purified from biodegradable substances and nitrogen compounds and flows out of it as purified water through the outlet 10.

V důsledku toho, že ve fluidní vrstvě vločkového mraku v denitrifikačním prostoru 5 se hromadí aktivovaný kal, který je tam neustále přiváděn činností mamutky 18 a do aktivačního prostoru 8 přechází pouze vyflotovaný kal a přebytek kalu až po tom, když vločkový mrak naplní celý denitrifikační prostor 5, mohlo by při menším množství aktivovaného kalu v celém zařízení, například při zahajování provozu, dojít ktomu, že by se prakticky veškerý kal nahromadil v denitrifikačním prostoru 5, takže by v aktivačním prostoru 8 trvale nastal nedostatek aktivovaného kalu. To by pak vedlo k narušení nitrifikace v aktivačním prostoru 8 a tím k narušení funkce zařízení. Rovněž při dlouhodobém výpadku energie, a tím zastavení činnosti mamutky 18 a zastavení proudění v denitrifikačním prostoru 5 by mohlo dojít k narušení funkce zařízení tím, že by fluidizovaná vrstva v denitrifikačním prostoru 5 sedimentovala a vytvořila sediment, který by vytvořil časem gel, který by již po obnově proudění nebyl uveden do vznosu. K zamezení takových případů je určen pomocný aerační prvek 21, který je instalován v denitrifikačním prostoru 5 u části 2' dna 2. Při zapnutí tohoto pomocného aeračního prvku 21 vzduch z něj vycházející rozbije a uvede do vznosu veškeré případné sedimenty z části 2' dna 2 a rozmíchá fluidizovanou vrstvu v denitrifikačním prostoru 5 tak, že aktivovaný kal z ní přechází spolu s proudící vodou do aktivačního prostoru 8. Krátkodobé občasné zapínání pomocného aeračního prvku 21 proto může sloužit jako prevence proti uvedeným poruchám.As a result of the activated sludge accumulating in the fluidized bed of the flocculent cloud in the denitrification space 5, which is continuously fed there by the mammoth's action 18 and only the flotated sludge and excess sludge pass into the activation space. 5, with a smaller amount of activated sludge in the entire plant, for example at start-up, virtually all sludge could accumulate in the denitrification space 5, so that there is a permanent lack of activated sludge in the activation space 8. This would in turn lead to disruption of nitrification in the activation space 8 and thereby impair the function of the device. Also, in the event of a long-term power failure, thereby stopping the operation of the mammoth 18 and stopping the flow in the denitrification space 5, the operation of the device could be impaired by the fluidized layer in the denitrification space 5 settling and forming a sediment that it was not floated after the flow restoration. To prevent such cases, an auxiliary aeration element 21 is provided, which is installed in the denitrification area 5 at the bottom part 2 'of the bottom 2. When this auxiliary aeration element is turned on, the air coming out of it breaks up and floats any possible sediments from the bottom part 2'. and agitates the fluidized layer in the denitrification space 5 such that the activated sludge passes therefrom along with the flowing water into the activation space 8. The temporary intermittent activation of the auxiliary aeration element 21 may therefore serve to prevent said disturbances.

Pro dokumentaci funkce příkladného zařízení jsou dále v tabulce uvedeny výsledky jeho zkušebního provozu, které byly získány z řady odběrů z provozu deseti zkušebních jednotek nasazených v rodinných domech, kde se počet obyvatel pohyboval od 2 do 7 osob. Funkční prostory u uvedené zkušební jednotky měly následující objemy: denitrifikační prostor 5 0,25 m³, separační prostor 7 0,4 m³, aktivační prostor 8 1,1 m³.To illustrate the function of an exemplary device, the table below shows the results of its trial operation, which were obtained from a series of offtake of ten test units deployed in family houses, where the population ranged from 2 to 7 persons. The functional spaces of said test unit had the following volumes: denitrification space 5 0.25 m ³ , separation space 7 0.4 m ³ , activation space 8 1.1 m ³ .

Datum Date ChSK ChSK BSK₅ BOD ₅ NL NL N-NH? N-NH? N-NOs N-NOs 28/8/96 28/8/96 15,4 15.4 2,7 2.7 1,4 1.4 0,00 0.00 5,6 5.6 4/9/96 4/9/96 23,2 23.2 3,9 3.9 2,8 2.8 0,50 0.50 5,2 5.2

»»»

11/9/96 11/9/96 13,8 13.8 4,0 4.0 4,3 4.3 0,55 0.55 4,9 4.9 18/9/96 18/9/96 12,1 12.1 1,8 1,8 3,7 3.7 0,30 0.30 6,1 6.1 2/10/96 2/10/96 30,0 30.0 5,0 5.0 6,0 6.0 0,78 0.78 5,2 5.2 16/10/96 16/10/96 40,1 40.1 8,5 8.5 7,2 7.2 0,81 0.81 8,9 8.9 23/10/96 23/10/96 24,2 24.2 4,8 4.8 8,7 8.7 0,60 0.60 5,6 5.6 6/11/96 6/11/96 10,0 10.0 7,0 7.0 7,0 7.0 0,92 0.92 7,6 7.6 13/11/96 13/11/96 15,0 15.0 8,0 8.0 11,0 11.0 0,85 0.85 3,6 3.6 21/11/96 21/11/96 30,0 30.0 15,0 15.0 14,0 14.0 1,22 1,22 8,7 8.7 27/11/96 27/11/96 20,0 20.0 11,0 11.0 7,2 7.2 0,72 0.72 6,2 6.2 11/12/96 11/12/96 18,3 18.3 4,3 4.3 5,3 5.3 0,50 0.50 5,9 5.9 17/12/96 17/12/96 15,1 15.1 5,4 5.4 3,9 3.9 0,45 0.45 5,1 5.1 10/1/97 10/1/97 21,2 21.2 7,5 7.5 6,3 6.3 0,62 0.62 6,7 6.7 14/1/97 14/1/97 23,0 23.0 8,2 8.2 7,9 7.9 0,73 0.73 8,3 8.3 22/1/97 22/1/97 16,7 16.7 5,1 5.1 4,9 4.9 0,49 0.49 5,7 5.7 29/1/97 29/1/97 13,9 13.9 3,2 3.2 2,6 2.6 0,30 0.30 4,8 4.8 10/2/97 10/2/97 19,2 19.2 5,7 5.7 3,3 3.3 0,52 0.52 5,3 5.3 12/2/97 12/2/97 15,0 15.0 4,2 4.2 2,8 2.8 0,41 0.41 4,9 4.9 16/2/97 16/2/97 22,3 22.3 7,6 7.6 7,9 7.9 0,49 0.49 7,9 7.9 23/2/97 23/2/97 18,0 18.0 6,3 6.3 6,3 6.3 0,31 0.31 6,1 6.1 4/3/97 4/3/97 15,3 15.3 5,4 5.4 5,4 5.4 0,39 0.39 5,7 5.7 14/3/97 14/3/97 21,2 21.2 8,1 8.1 7,3 7.3 0,85 0.85 8,4 8.4 21/3/97 21/3/97 18,4 18.4 6,5 6.5 6,2 6.2 0,60 0.60 6,7 6.7 28/3/97 28/3/97 15,7 15.7 4,1 4.1 5,1 5.1 0,35 0.35 5,1 5.1 průměr diameter 19,5 19.5 6,1 6.1 5,9 5.9 0,57 0.57 6,2 6.2

V tabulce značí ChSK chemickou spotřebu kyslíku BSK₅ biologickou spotřebu kyslíku NL nerozpustné látky N-NH₄ ⁺ dusík ve formě amonia N-NO₃ dusík ve formě dusičnanů.In the table, COD indicates chemical oxygen demand BOD ₅ biological oxygen demand NL insoluble matter N-NH ₄ ⁺ nitrogen in the form of ammonium N-NO ₃ nitrogen in the form of nitrates.

Všechny uvedené hodnoty jsou v mg/l.All values are in mg / l.

ΙΟΙΟ

Vezmou-li se jako vstupní hodnoty známé běžné tabulkové údaje pro denní spotřebu vody a produkci znečištění na jednoho ekvivalentního obyvatele (150 I, 60 g BSK₅, 12 g N), odpovídají dosažené průměrné hodnoty odstranění 91,5% dusíku a 98,5% BSK₅.Taking the known conventional tabulated data for daily water consumption and pollution production per equivalent inhabitant (150 l, 60 g BOD ₅ , 12 g N), the average values of removal are 91,5% nitrogen and 98,5% % BOD ₅ .

Způsob a zařízení podle vynálezu mají četné výhody . Koncentrace aktivovaného kalu ve íluidizované vrstvě vločkového mraku v denitrifikačním prostoru 5 je vyšší nežli koncentrace aktivovaného kalu v aktivačním prostoru 8 , což vede k tomu, že rychlost denitrifikace na jednotku objemu je vyšší, nežli u mechanicky míchaného denitrifikačního prostoru. Substrát, který přichází do denitrifikačního prostoru 5 a slouží k denitrifikaci, se tam ve íluidizované vrstvě vločkového mraku zadržuje, takže jeho využití pro denitrifikaci je větší, nežli u mechanicky míchaného denitrifikačního prostoru. Pro udržení suspenze aktivovaného kalu ve vznosu uvnitř denitrifikačního prostoru 5 není zapotřebí mechanické zařízení. To všechno snižuje investiční náklady na zařízení a zvyšuje účinnost čistících procesů.The method and apparatus of the invention have numerous advantages. The concentration of activated sludge in the fluidized sludge cloud layer in denitrification space 5 is higher than the concentration of activated sludge in activation space 8, resulting in a rate of denitrification per unit volume higher than that of mechanically stirred denitrification space. The substrate that enters the denitrification space 5 and serves for denitrification is retained therein in the fluidized layer of the flocculent cloud, so that its use for denitrification is greater than that of the mechanically stirred denitrification space. No mechanical device is required to keep the sludge slurry suspended within the denitrification space 5. All of this reduces equipment investment costs and increases the efficiency of cleaning processes.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob a zařízení podle vynálezu není omezeno pouze na čištění odpadních vod a na popsané příkladné zařízení. Je možno jej využít i pro jiné účely, například pro odstraňování dusičnanů z pitné vody, kde se jako substrát bude přidávat hygienicky vhodná organická látka, například alkohol, cukr a podobně. Stejně tak zařízení k provádění způsobu dle vynálezu může mít různé vnitřní uspořádání, u kterého je podstatný pouze základní princip vynálezu, že totiž zařízení obsahuje směrem vzhůru se rozšiřující denitrifikační prostor, v jehož spodní části je přívod vody obsahující dusičnany, aktivovaný kal a substrát pro denitrifikaci. Přitom není podstatné, je-li přívod vody obsahující dusičnany, aktivovaný kal a substrát pro denitrifikaci proveden společně, jako v popsaném příkladném zařízení, nebo jako samostatné přívody jednotlivých komponent do spodní části denitrifikačního prostoru 5. Všechny druhy využití základního principu způsobu a všechny případné modifikace zařízení využívající výše popsané myšlenky vynálezu se tím neodchylují od podstaty vynálezu.The method and apparatus of the present invention is not limited to the purification of waste water and the exemplary apparatus described. It can also be used for other purposes, for example to remove nitrates from drinking water, where a hygienically suitable organic substance, such as alcohol, sugar, and the like, will be added as a substrate. Likewise, the apparatus for carrying out the method according to the invention may have a different internal arrangement, in which only the basic principle of the invention is essential, namely that the apparatus comprises an upwardly extending denitrification space having a nitrate-containing water supply, activated sludge and a denitrification substrate. . It is irrelevant if the water supply containing nitrates, activated sludge and the substrate for denitrification is carried out jointly, as in the example apparatus described, or as separate inlets of the individual components to the lower part of the denitrification chamber. devices utilizing the above-described ideas of the invention do not thereby depart from the spirit of the invention.

Claims

PATENT CLAIMS

Process for removing nitrogen and its compounds from water by a biological process in an activated sludge suspension, characterized in that nitrogen in the form of nitrates or nitrites is removed by denitrification, which takes place in a fluidized bed of cloud sludge formed by the biological sludge suspension and maintained in fluidized state.

The method of claim 1, wherein the activated biological slurry suspension is fed to the denitrification region by a bottom-up flow, wherein the down-flow velocity is slowed down at least in the lower portion of the denitrification region.

The method of claim 2, wherein excess activated sludge is removed from the top of the denitrification region as a slurry, which is subsequently aerated, separated from water, and returned to the bottom of the denitrification region.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that at least in the lower part of the fluidized layer the upward flow velocity decreases, and in the lower part of the fluidized layer, nitrate-containing water, activated sludge and a substrate which are biologically oxidized during denitrification .

Method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that after denitrification, the water and excess activated sludge are removed from the top of the fluidized bed and the removed activated sludge is aerated to remove any adhered excreted nitrogen _JA _. In _{iS it} separates from purified water and returns to the bottom of oh3Λo

6. The process according to claim 3, 4 or 5, characterized in that during aeration, nitrogen 6 / K1 in the form of ammonia and organic nitrogen is biologically oxidized to nitrates and the water with these nitrates is returned to the denitrification process together with the activated sludge. | y

Device for carrying out the method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises an upwardly extending denitrification space (5); (° \ | í: z. 5 i Ó ·

The lower part of which also has a nitrate-containing water supply, an activated sludge supply and a biologically oxidized substrate supply during denitrification.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the denitrification space (5) in its upper part is connected to an activation space (8) comprising aeration elements (20) and connected to a separation space (7) in which at the top, a denitrified water drain (10) is provided, the separation space (7) being associated with a separate sludge withdrawal provided with a source of forced movement and opening into the lower part of the denitrification space.

Apparatus according to claim 7 or 8, characterized in that the removal of the separated sludge is located in the lower part of the separation space (7) near its interconnection with the activation space (8), wherein the discharge of water with nitrates from the activation space (8). its return to the denitrification area (5) is made by identical structural elements.

Device according to claim 7, characterized in that the nitrate-containing water supply, the activated sludge supply and the biologically oxidized substrate supply during denitrification are provided as a common supply.